1. Патологические изменения внутренних фистул Создание АВФ в дистальной конечности связано с 20-50% вероятностью тромбоза или плохого созревания. Традиционный метод предотвращения этой проблемы заключается в использовании ультразвукового исследования сосудов конечности и отборе подходящих сосудов и мест. В целом, рост кровотока после создания АВФ зависит от многих факторов, включая географию сосудов, например, диаметр и длину сосудов; структуру сосудистой сети, например, количество венозных коллатеральных ветвей и количество сосудов; сопротивление капиллярного русла и структуру анастомоза. Аллон и Роббин изучили частоту успешного хирургического лечения артериовенозных эндоваскулярных фистул в 1977-2002 гг. и обнаружили, что частота ранних неудач составляет 25%, а среднегодовая первоначальная выживаемость — 70%. Основной проблемой, влияющей на функцию артериовенозных эндоваскулярных фистул, является стеноз, который возникает из-за гиперплазии эндотелия. Механизм пролиферации подразделяется на восходящие и нисходящие события. Восходящие события включают ответ эндотелиальных клеток и гладкомышечных клеток на стимуляцию и травму, а нисходящие события включают движение молекул адгезии, хемокинов и медиаторов воспаления, адгезию лейкоцитов и миграцию гладкомышечных клеток, вызванную ответом. У пациентов с уремией пожилой возраст и диабет, а также ожирение и сердечно-сосудистые заболевания могут привести к атеросклеротическим изменениям в сосудистой системе, что повышает риск неудачи процедур артериовенозной фистулы. Таким образом, сосудистый статус пациента до фистулы определяет прогноз АВФ. Allon et al. в ходе исследования сосудистых проб при неудачных эндоваскулярных фистулах обнаружили, что гиперплазия интимы происходит сразу после процедуры АВФ. Когда внутрисосудистая гемодинамика воздействует на рецепторы эндотелиальных клеток и гладкомышечные клетки, стенка сосуда утолщается, и обычно при повреждении сосуда происходит ремоделирование артерии, которое бывает двух типов: доброкачественное и недоброкачественное ремоделирование. Roca-Tey и др. обнаружили, что основным местом стеноза в АВФ является венозный выход, а затем место анастомоза, измеряя кровоток у пациентов с внутренними фистулами. В противоположность этому, Yong He и др. при визуализации эндоваскулярной фистулы у гемодиализного пациента ESRD с момента ее образования с помощью МРТ, велосиметрии и последующего гидродинамического анализа с использованием CFD обнаружили, что площадь просвета на венозном конце АВФ постепенно расширялась с течением времени, в то время как площадь венозного участка на анастомозе не менялась или даже уменьшалась. Согласно рекомендациям KDOQI, АВФ должна выполняться как минимум у 50% пациентов, а процент АВФ должен быть в пределах 40%. Критерии оценки зрелости эндоваскулярной фистулы не едины, и в настоящее время существует два типа: один считает, что эндоваскулярный поток может достигать минимум 350-450 мл/мин и что один сеанс диализа может поддерживаться в течение 3-5 часов. Другой считает, что минимум 300 мл/мин может быть достигнут через 4 месяца после создания фистулы и что можно провести 8 последовательных эффективных сеансов диализа. Увеличение кровотока после создания эндоваскулярной фистулы связано с разницей шага давления и общим сосудистым сопротивлением. Статистически установлено, что при создании внутренней фистулы поток в сгибательной артерии увеличивается в среднем с 20 мл/мин до потока 300 мл/мин в фистуле, если это сгибательный артериально-цефалический анастомоз. Хотя ранее считалось, что чем меньше диаметр сосуда, тем меньше шансов на успешную фистулу, было обнаружено, что фистулы могут не получиться даже тогда, когда диаметр артерии иногда составляет 3 мм. Вонг и др. обнаружили, что успех фистулы связан с кровотоком в фистуле в первый послеоперационный день, а Диксон и др. предположили, что артериовенозная вазодилатация и возможность быстрого увеличения кровотока являются ключевыми факторами в определении созревания фистулы. Напротив, Roy-Chaudhury et al. обнаружили, что умеренная вазодилатация эффективно подавляет степень гиперплазии эндотелия, и что даже незначительная гиперплазия эндотелия может привести к эндоваскулярному стенозу в отсутствие вазодилатации.Tronc et al. обнаружили, что эндотелиальные клетки теряют свои эндотелиальные свойства при стимуляции изменениями кровотока, что приводит к снижению вазодилатации. Таким образом, диастоличность сосудов, а не диаметр, является определяющим фактором успеха эндоваскулярной фистулы. Через три недели после создания эндоваскулярной фистулы наблюдалось заметное увеличение сдвига потока в сгибательной артерии, в это время, хотя диаметр обеих артериовенозных сосудов имел тенденцию к увеличению, толщина интимы-медиа лучевой артерии стала тоньше, чем толщина интимы-медиа цефалической вены, а толщина интимы-медиа цефалической вены несколько уменьшилась. Через год после создания фистулы диаметр цефалической вены продолжал увеличиваться, а диаметр лучевой артерии оставался неизменным с трех недель; в то же время толщина стенки лучевой артерии продолжала увеличиваться, а толщина стенки цефалической вены оставалась неизменной; толщина интима-медиа лучевой артерии также имела тенденцию к увеличению, а толщина интима-медиа цефалической вены оставалась неизменной. Также не наблюдалось значительного изменения силы внутриартериального сдвига по сравнению с тремя неделями. Обычно существует три типа эндоваскулярной недостаточности созревания; 1 артериальная недостаточность расширения, в основном из-за артериальной эндотелиальной кальцификации или заболевания периферических сосудов; 2 венозная недостаточность расширения 3 ускоренная венозная интимальная гиперплазия, так как локальный низкий сдвиг после создания эндоваскулярной фистулы вызывает интимальную гиперплазию, а также локальный венозный стеноз; кроме того, повреждение венозной интимы во время процедуры также может вызвать венозный стеноз, который может привести к интимальной гиперплазии. Robbin et al. обнаружили, что 95% пациентов могли удовлетворить свои потребности в диализе, когда внутренний диаметр вены был >10px и эндоваскулярный кровоток был >500 мл/мин, путем непрерывного наблюдения за диаметром сосудов пациентов после создания эндоваскулярных фистул в течение 2 месяцев. Однако эти параметры не продолжают увеличиваться со временем. Венозный стеноз и наличие коллатеральных вен — два важных фактора, способствующих неудаче АВФ. Напротив, раннее применение эндоваскулярных вмешательств может спасти АВФ и вовремя возобновить ее открытие. 2. Гидродинамические изменения в эндоваскулярной фистуле Моника Сигован и др. обнаружили, наблюдая трех пациентов с установленной артериовенозной эндоваскулярной фистулой с помощью цифровой МРТ и системы мониторинга скорости в течение 3 месяцев, что средняя сила сдвига (WSS) имела тенденцию к постепенному снижению в течение периода наблюдения, тогда как эндоваскулярная сила сдвига у пациентов с эндолатеральным анастомозом не изменялась в течение периода наблюдения. В отличие от этого, Sanjay Misra et al. использовали свиней для выполнения интракаротидного артериовенозного анастомоза с использованием сосудистых трансплантатов из ПТФЭ, после чего в течение 14 дней проводили наблюдение с использованием методов МРА и МРТ для измерения кровотока, изменений силы сдвига, а также контралатерального артериовенозного кровотока и изменений силы сдвига, в основном на дистальной и проксимальной сторонах артерии и вены, выходящих из анастомоза. Было обнаружено, что сила сдвига была наибольшей в анастомозе на 14 день, наряду со стенозом и увеличением скорости потока. Артериовенозный поток дистальнее анастомоза был ниже, чем артериальный поток на контрольной стороне. Рубен Даммерс и др. использовали ультразвук для наблюдения за диаметром артериовенозных сосудов до и после фистулы у 16 пациентов с ESRD и рассчитали силы сдвига. Они обнаружили значительное увеличение цефалического венозного потока в первый день после создания внутренней фистулы, но не обнаружили значительного изменения пиковых сил сдвига, предположив, что увеличение потока в это время было связано с дилатацией самой вены. Через три недели после установки фистулы наблюдалось значительное увеличение сдвига потока в лучевой артерии, и хотя артериовенозный диаметр имел тенденцию к увеличению, толщина интимы-медиа лучевой артерии была тоньше, чем у цефалической вены, а толщина интимы-медиа цефалической вены несколько уменьшилась. Через год после создания фистулы диаметр цефалической вены продолжал увеличиваться, а диаметр лучевой артерии оставался неизменным с трех недель; в то же время толщина стенки лучевой артерии продолжала увеличиваться, а толщина стенки цефалической вены оставалась неизменной; толщина интима-медиа лучевой артерии также имела тенденцию к увеличению, а толщина интима-медиа цефалической вены оставалась неизменной. Также не было отмечено значительного изменения силы внутриартериального сдвига по сравнению с трехнедельным периодом. В большинстве исследований для расчета силы сдвига используется формула Пуазейля, но она имеет некоторые недостатки, например, тот факт, что артерии пульсируют и сосудистая система расширена; также вязкость крови и изменения в увеличении кровотока могут повлиять на точность расчета. Обычное ультразвуковое измерение сосудов может привести к плохому прогнозу до- и послеоперационного прогноза АВФ из-за игнорирования различных физиологических параметров, а также пульсовых волн. Этому есть три причины: 1 точность измерений, ввода данных и настройки параметров окружающей среды может ограничивать связь между моделируемой и реальной средой; 2 имитационная модель игнорирует адаптивную функцию самого сосуда и регулирующую роль периферического сосудистого русла; 3 некоторые описания физических тестов не полностью отражают расширение давления и пульса. АВФ обычно устанавливается за 3 месяца до начала гемодиализа. Трудности созревания возникают в 50% случаев низких эндоваскулярных фистул, в основном из-за ишемии дистальных конечностей и сердечной недостаточности. Поэтому необходимы инструменты прогнозирования для оптимизации расположения фистулы перед АВФ, а также возможность прогнозировать увеличение фистульного потока в зависимости от пациента. В целом, ишемия дистальных конечностей и сердечная недостаточность возникают, когда поток превышает 30% сердечного выброса после создания эндоваскулярной фистулы, и W. Huberts и др. использовали создание in vitro симуляции повышенного сосудистого потока после АВФ для проверки точности описания в реальном физиологическом состоянии. Андреа Ремуцци и др. использовали гидродинамическое моделирование, чтобы установить, что чем меньше угол защемления АВФ, тем меньше область, где возникает низкий сдвиг. Они также использовали МРТ в сочетании с CFD для визуализации феномена эндоваскулярных фистул у двух пациентов с АВФ через 4 недели после операции и обнаружили, что фактические результаты измерений были схожи с результатами, смоделированными только с помощью методов CFD, тем самым подтверждая, что CFD может моделировать реальную ситуацию. В отличие от этого, пиковая сила сдвига играет доминирующую роль в факторах, способствующих вазодилатации АВФ, а не средняя сила сдвига. Это объясняется тем, что через 4 недели после создания АВФ пиковая сила сдвига не изменилась, в то время как средняя сила сдвига увеличилась более чем в пять раз. Тем временем Арон С. Боде и др. использовали вычислительную гемодинамическую модель для имитации сосудистых условий у 25 пациентов, чтобы предсказать место создания АВФ, а также послеоперационный кровоток при уровне соответствия 75%. С определенной точки зрения, компьютерное гемодинамическое моделирование может помочь молодым врачам в предоперационной оценке сосудистого доступа пациентов, однако оно все еще нуждается в подтверждении в крупных рандомизированных контролируемых исследованиях. Увеличение эндоваскулярного потока происходит в течение 48 ч после создания АВФ, и S. Manini и др. показали высокую корреляцию в оценке послеоперационного диаметра сосуда и изменения потока у пациентов с АВФ сосудов с использованием данных компьютерного моделирования пульсовой вибрационной сети кровотока. Это может быть полезно в будущем для выбора хирургического подхода, хотя необходимо будет подогнать данные под различные хирургические подходы. Моделирование также может помочь в дальнейшем изучении важной роли дисфункции эндотелиальных клеток в нарушении работы эндоваскулярной фистулы. В исследовании также удалось смоделировать изменения диаметра артерии и кровотока с течением времени после создания АВФ, поэтому была выдвинута гипотеза, что в проксимальном конце эндоваскулярной фистулы не было значительных изменений эндотелиальных клеток, несмотря на высокую скорость потока.Халл и др. использовали CFD-симуляцию для создания АВФ и увеличили артериовенозный диаметр на 3 мм, чтобы смоделировать кровоток после создания эндоваскулярной фистулы. Модели были разделены на латеральный анастомоз (STS) и концелатеральный анастомоз (ETS). Было обнаружено, что между боковым анастомозом и концевым латеральным анастомозом под углом 90° существует разница в величине внутреннего сдвига. Когда ETS составлял 45°, разница в шаге давления была наименьшей, венозный отток был наименьшим, а сила сдвига была умеренной. Использование CFD для моделирования угла анастомоза АВФ может помочь в предоперационном выборе анастомоза внутренней фистулы, чтобы избежать гиперплазии интимы, артериальной регургитации и кражи крови. На свиной модели также было обнаружено, что при увеличении длины артерии в 1,5-3 раза при 90° ETS и STS наблюдалось 5-10-кратное увеличение кровотока в конце венозного оттока. Напротив, при ETS от 3° до 58° артериальная регургитация не возникает, а артериальный кровоток достигает 900 мл/мин. Компьютерное моделирование импульсных волн кровотока позволяет рассчитать кровоток внутри ветви сосуда после создания АВФ и является более специфичным для пациента, чем 3D-модель. Оно может включать в себя нелинейные уравнения для расчета зависимости между площадью поперечного сечения и давлением, а также расчет разницы ступеней давления на стенозах, изгибах или анастомозах. Этот метод предполагает объединение характерных параметров артериальной системы и систем ветвей в различные узлы, каждый из которых представляет собой участок артериальной системы, включающий специфические физиологические параметры, в сочетании с некоторыми алгоритмами математических формул для моделирования и расчета давления и сдвига стенки сосуда и сопротивления на этом участке в освещенном виде, и различные узлы автоматически анализируются и объединяются таким образом, чтобы можно было смоделировать полный набор сосудистой системы импульсов кровотока. Затем эта модель применяется в клинических условиях, представляются прогнозируемые значения, сравниваются с реальными клинически измеренными параметрами сосудов, и, наконец, модель уточняется для клинического руководства. Этот подход, однако, игнорирует географическую карту распределения сосудов самого пациента, что важно для хирурга при планировании места проведения процедуры. Недавно было предложено использовать теорию границ и скоростные модели для быстрого моделирования ремоделирования сосудов и кровотока во время созревания эндоваскулярной фистулы, в то же время делая эту модель более точной в прогнозировании созревания эндоваскулярной фистулы и изменений, связанных с отбором более специфических индивидуальных параметров пациента. Чтобы проверить точность этой модели в клинической практике, было начато исследование ARCH у 93 пациентов на гемодиализе из четырех европейских центров в течение 2 лет, в котором у каждого пациента регулярно измерялись диаметры сосудов сгибательной артерии, локтевой артерии и цефалической вены, кровоток и регистрировались случаи нарушения функционирования фистулы. Было обнаружено, что у пациентов с диабетом диаметр плечевой артерии в высокой фистуле существенно не изменился через 40 дней после создания внутренней фистулы, тогда как диаметр сгибательной артерии в низкой фистуле значительно изменился. А изменения кровотока, предсказанные с помощью компьютерного моделирования, были очень близки к реально измеренным изменениям кровотока через 40 дней. И эти генетические и системные факторы не влияют на точность измерений. Андерс Куструп Ниманн и др. наблюдали за изменениями скорости эндоваскулярного потока и сдвига в разное время, выполняя МРТ-изображение эндоваскулярной фистулы пациента с последующим моделированием с помощью программного обеспечения CFD. Они не обнаружили четкой корреляции между эндоваскулярной морфологией и силами сдвига, но модель может помочь выявить взаимосвязь между эндоваскулярными силами сдвига и изменениями в эндоваскулярной морфологии, и может помочь специалистам здравоохранения лучше понять управление эндоваскулярными осложнениями. В будущем необходимо использовать методы CFD изображений для изучения механизма, посредством которого эластичность стенки сосуда в моделируемом потоке пульсации крови влияет на турбулентность, возникающую в АВФ.